Sự phun trào núi lửa lớn nhất trong lịch sử đã biến đổi toàn bộ mảng kiến tạo đại dương

Cao nguyên Ontong Java tọa lạc dưới vùng biển Thái Bình Dương phía tây và được xem là cao nguyên đại dương lớn nhất toàn cầu. Những cấu trúc lớn như vậy hình thành nhờ lượng dung nham khổng lồ được phun trào từ bên trong Trái Đất trong các giai đoạn hoạt động núi lửa kéo dài và dữ dội.

Các nhà nghiên cứu ước tính cao nguyên Ontong Java được hình thành trong khoảng từ 110 đến 120 triệu năm trước, ghi nhận đây là một trong những vụ phun trào núi lửa ngầm lớn nhất từng được biết đến trên Trái Đất.

Bên cạnh việc tạo nên cao nguyên đại dương, các nghiên cứu trước đây đã nghi ngờ sự kiện này gây ra những tác động sâu rộng như thay đổi khí hậu toàn cầu, biến đổi hóa học đại dương, và thậm chí góp phần vào các đợt tuyệt chủng hàng loạt do giảm nồng độ oxy trong nước biển.

Tuy nhiên, một câu hỏi quan trọng còn bỏ ngỏ là sự phun trào dung nham khổng lồ đã ảnh hưởng thế nào đến mảng kiến tạo đại dương bên dưới vị trí phun trào.

Để giải đáp, nhóm nghiên cứu do giáo sư Azusa Shito từ Đại học Khoa học Okayama, phối hợp cùng Akira Ishikawa (Viện Khoa học Tokyo) và Masako Yoshikawa (Đại học Hiroshima) đã sử dụng sóng địa chấn Po và So có tần số cao thu thập từ các máy đo địa chấn đặt dưới đáy biển và trên các đảo gần cao nguyên Ontong Java. Những loại sóng này có khả năng xuyên qua mảng kiến tạo đại dương, cho phép phát hiện cấu trúc bên trong và đặc tính vật liệu của đá nền đại dương.

Dữ liệu phân tích cho thấy mảng kiến tạo phía dưới cao nguyên này có cấu trúc phức tạp hơn rất nhiều so với dự đoán ban đầu. Thay vì có cấu trúc đồng nhất, mảng kiến tạo chứa các lớp nằm ngang kèm theo những vùng dày đặc các phiến đá magma (được gọi là các dãy dikes) là những vết nứt thẳng đứng chứa dung nham đã đông đặc cách đây hàng triệu năm.

Hiện diện của các dãy dikes là bằng chứng trực tiếp cho thấy hoạt động núi lửa dữ dội đã diễn ra tại khu vực này, gây ra sự hình thành cao nguyên đại dương khổng lồ dưới đáy biển.

Điểm đáng chú ý khác được nghiên cứu chỉ ra là cả sóng Po và So đi qua mảng dưới cao nguyên Ontong Java có vận tốc chậm hơn so với mảng đại dương tiêu chuẩn khác. Hiện tượng này không thể đơn thuần giải thích bằng cấu trúc vật lý bên trong mảng.

Nhóm tác giả cho rằng dung nham xuất phát từ một cột vật liệu rất nóng và có thành phần hóa học khác biệt so với lớp manti xung quanh (được gọi là lông nhiệt hóa học - thermo-chemical plume) đã không chỉ xuyên qua mảng kiến tạo mà còn tạo phản ứng hóa học với đá manti. Quá trình đó được gọi là tái dinh dưỡng (refertilization), khi mảng dung nham bổ sung các khoáng chất và nguyên tố hóa học trở lại các loại đá vốn đã mất đi trong các đợt nóng chảy trước đó, làm thay đổi thành phần khoáng vật và tính chất vật lý của chúng.

Các nhà nghiên cứu kết luận rằng các đợt phun trào núi lửa lớn không chỉ đơn giản phủ lên đáy đại dương một lớp dung nham dày mà còn có thể làm thay đổi kết cấu, phá vỡ mảng kiến tạo, tạo ra các mạng lưới dẫn dung nham phức tạp và biến đổi thành phần hóa học của mảng, mở rộng hiểu biết về sự phát triển của các mảng kiến tạo và quy trình biến đổi cấu trúc nội tại của Trái Đất.